哈工大-机械机构创新设计及应用-大作业--6.doc

机械机构创新设计及应用大作业

PAGE1

第PAGEI页

机械机构创新设计及应用

大作业

（2015年春季学期）

题目：

两个齿条机构串联组合的位移机构原理及结构设计

姓名：

学号：

班级：

专业：

机械设计制造及其自动化

日期：

哈尔滨工业大学机电工程学院

要求

按附录的撰写规范独立完成课程论文撰写，拒绝雷同，否则按零分处理

大作业需同时提交打印稿和电子文档予以存档，电子文档由班长收齐（缺电子文档得零分），统一发送至：jkliu@hit.edu.cn

成绩：

评阅人：

一机构原理：

两个齿条机构串联组合的位移机构如图1所示，它由齿条1和齿条2，双联齿轮和气缸活塞组成。

齿条1固定不动，双联齿轮上半径较小的齿轮与其啮合，并在气缸活塞的推动下，在齿条1上滚动。双联齿轮的齿轮中心作往复直线运动。同样，双联齿轮的半径较大的齿轮与齿条2相啮合，带动齿条2做往复直线运动。

在这种结构下，齿条2的位移S2与气缸位移S1具有倍数关系。又因为r2＞r1，齿条2的位移S2应该大于气缸位移S1，即齿条2的位移S2是气缸位移S1的若干倍。

实质上，本机构是一种行程放大机构，具有行程放大比准确，传动平稳的优势。当然，其缺点十分明显，那就是行程的放大比有限，受到结构尺寸的较大制约。

图1

二机构理论计算：

2.1该机构的运动与力的传递应满足以下规律：

齿条2需产生不小于1000N的推力。

运动的最大速度0.1m/s。

往复运动行程±300mm。

2.2理论计算：

取图中大齿轮与齿条1的啮合点为O，根据理论力学知识，其为速度瞬心。设气缸速度为V1，齿条速度为V2，有如下规律：

得

设活塞行程为s1，设齿条2行程为s2，将活塞和机构齿条的运动视为匀速直线运动，在相同的时间内，得：

即

整理得

设气缸推力为F1，齿条2推力为F2，对O点取力矩，根据力矩平衡：

得

由已知条件知：，，；

取r1=15mm，r2=45mm,即r2=3r1。

计算得，，。

综合考虑，取F1=800N，，v1=0.2m/s。

2.3最终设计指标：

小齿轮半径15mm，大齿轮半径45mm。

气缸活塞的推力为800N，行程为75mm，速度为0.2m/s。

三结构设计：

3.1结构说明：

整个结构由支撑框架，一个长滑块，一个复合滑块机构（其中包括双联齿轮及支撑其的轴系结构）和气缸活塞所共同组成。

齿条1固定在支撑框架上，齿条2固定在长滑块上。而双联齿轮结构和支撑起的轴系机构则布置于复合滑块机构内。

支撑框架上有两条导轨：第一条导轨与长滑块相对应，实现行程为300mm的往复直线运动。第二条导轨有两个作用：一个作用是使复合滑块能够在活塞的带动下做行程为75mm的往复直线运动，另一个作用是支撑双联齿轮极其轴系结构，进而保障运动精度。处于减少摩擦的考虑，导轨处采用滚动摩擦的方式，即使用设置滚动接触面的方法。

3.2结构简图：

图2展示了齿条的支承、导向以及齿轮的支承。

图3展示了复合滑块机构（其中包括双联齿轮及支撑其的轴系结构），及其与气缸活塞之间的配合。

图2齿条1,2支撑导向

图3双联齿轮的支承

具体说明如下：

（1）长滑块与齿条2通过齿条端部的螺钉固定在一起。

（2）为使摩擦为滚动摩擦，在支撑框架中设置槽和圆柱滚子机构，以进一步较小摩擦阻力。

（3）为使受力均匀，且运动规律转化精确，推荐双联齿轮的小齿轮采取对称结构。这在图2和图3中均有体现。

3.3结构创新点及不足说明：

3.3.1创新点：

双联齿轮的改造，改为两侧对称的小齿轮结构，增加了结构的稳定性，进一步保障了运动精度。而且在支撑框架中设置槽和圆柱滚子机